来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2024/6/21 10:39:46
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FESE  Mulder Jan院士和段雷教授:中国酸性气体减排的生态环境效益

论文标题:Effects of acid deposition control in China: a review based on responses of subtropical forests

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Danni Xie, Xiaodong Ge, Lei Duan, Jan Mulder

发表时间:15 Jun 2024

DOI:10.1007/s11783-024-1837-4

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Special issue:Towards a pollution-free planet

酸沉降曾经是中国面临的最严重的区域大气污染问题,尤其是造成亚热带地区森林土壤酸化、径流氮硫淋溶增加、以及温室气体氧化亚氮排放升高。随着我国对二氧化硫和氮氧化物气体排放的削减,氮硫沉降比历史峰值显著下降。Mulder Jan院士和段雷教授团队评价了我国酸性气体减排的生态环境效益,以临界负荷为切入点深入分析了当前酸沉降面临的挑战,并提出了今后大气污染减排的研究需求。

PART/1

中国过去40年酸沉降变化历程和森林酸沉降水平

大气硫氮沉降与二氧化硫和氮氧化物排放密切相关,其在经历了快速增长后开始下降,截止2018年,我国硫酸根沉降和硝酸根沉降分别比2005年和2010年历史峰值降低了69%和34%,体现了中国酸性气体排放削减取得的巨大成效。我国森林面积2.31亿公顷,森林覆盖率达23%,树冠层的同化作用增强了森林的干沉降,导致森林酸沉降高于空旷地带。南方亚热带地区的森林氮和硫沉降显著高于全国森林平均值。

图1 中国2005-2018年酸沉降变化历程

PART/2

亚热带森林土壤酸化、地表水氮硫浓度和氧化亚氮排放响应

亚热带森林土壤和径流氮硫淋溶对酸沉降下降反应迅速,但是土壤酸化和富营养化并未随之显著减轻。亚热带森林通常生长在高度风化和酸性的土壤上,硫酸根和硝酸根的淋溶会促进土壤中盐基阳离子的流失,最终造成土壤pH降低和对动植物有毒害效应的铝离子活化。但是与欧美温带地区相比,硫酸根吸附和硝酸根反硝化是我国亚热带森林地区缓冲土壤和地表水酸化的特有机制,高钙离子沉降也是中和酸性降水、增强土壤和地表水抗酸化能力的重要机制。氮和硫沉降下降后亚热带森林土壤的硫酸根和硝酸根淋溶迅速下降,但是土壤历史存储的硫酸根解吸显著延缓了土壤酸化速率的下降。此外,目前仍有13.5%和14.8%的国土分别面临土壤酸化和富营养化风险。

图2 随酸沉降变化的土壤酸化和生态系统富营养化的超临界负荷

亚热带森林地区地表水硫酸根和硝酸根浓度比历史峰值显著降低,但存在约5年滞后期。土壤的硫酸根净解吸导致地表水硫酸根浓度的下降比硫沉降下降推迟了约5年,但是硫酸根净解吸量也随硫沉降下降而减少,最终趋近于0。氮沉降下降后氮固持速率迅速下降,但高氮矿化速率仍持续,进而引发的高硝酸根淋溶导致地表水硝酸根浓度延迟下降。

氧化亚氮是一种长寿命的温室气体,并是臭氧层消耗的主要污染物。热带和亚热带森林土壤的氧化亚氮排放量约占全球地表排放量的48%。高氮沉降是森林土壤氧化亚氮排放增加的重要诱因,随着氮沉降降低,亚热带森林土壤的氧化亚氮排放量也随之降低,同时受温度和湿度调节。

PART/3

展望

中国二氧化硫和氮氧化物排放量显著减少,但近十年来,氨排放和铵沉降并未发生显著变化。造成中国大部分地区森林酸沉降和氮沉降总量仍然很高,超过了土壤酸化和富营养化的临界负荷。因此,未来应该继续严格控制硫和氮,尤其是氨的排放。不仅对森林健康和生物多样性,而且对土壤、水质以及温室气体排放都至关重要。

作者简介

Jan Mulder is Professor in Soil Science and Biogeochemistry at the Department of Environmental Sciences and Natural Resource Management (MINA), Norwegian University of Life Sciences (NMBU). He is a soil chemist by training, with a PhD degree from Wageningen University (The Netherlands). His PhD focused on acid rain, soil acidification and the mobility of soil aluminum. After that he has worked primarily on the biogeochemistry of carbon, nitrogen and metals in terrestrial ecosystems, including forests, grasslands and agro-ecosysems. Most recently dr. Mulder focused on N2O research in nitrogen-saturated forests of SW China and on the potential of biochar in climate change mitigation and adaptation of smallholder agriculture in sub-Saharan Africa. Professor Mulder is member of the Norwegian Academy of Science and appointed Distinguished Visiting Professor at the School of Environment, Tsinghua University. He has about 175 peer reviewed publications (ISI Web of Science) and an h-index of 53. He has been associate editor of Biogeochemistry and of the European Journal of Soil Science.

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本文内容来自FESE期刊2024年第18卷第6期发表的Review文章 “Effects of acid deposition control in China: a review based on responses of subtropical forests”。通讯作者挪威生命科学大学Jan Mulder院士和清华大学段雷教授。

引用格式:Danni Xie, Xiaodong Ge, Lei Duan, Jan Mulder. Effects of acid deposition control in China: a review based on responses of subtropical forests. Front. Environ. Sci. Eng., 2024, 18(6): 77 https://doi.org/10.1007/s11783-024-1837-4

本文来自 Special issue - Towards a pollution-free planet

期刊简介

Frontiers of Environmental Science & Engineering是由高等教育出版社、中国工程院和清华大学共同主办的环境领域综合学术期刊,聚焦环境领域前沿问题与研究成果,重点关注开创性、跨学科的研究,致力于打造具有国际影响力的高水平学术交流平台,是中国工程院院刊系列期刊、中国科技期刊卓越行动计划重点期刊。

主编:曲久辉院士,John Crittenden院士

期刊官网1(国内免费获取)

http://journal.hep.com.cn/fese

期刊官网2

www.springer.com/journal/11783

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